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公開番号2024061069
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-07
出願番号2022168770
出願日2022-10-21
発明の名称信号出力装置および抵抗測定装置
出願人日置電機株式会社
代理人個人
主分類G05F 1/56 20060101AFI20240425BHJP(制御;調整)
要約【課題】製造コストの上昇を抑制する。
【解決手段】電流制御信号Sicを出力する定電流制御部3と、電源電圧+Vccを可変して供給電圧+Vcを出力する可変電源部4pと、電源電圧-Vccを可変して供給電圧-Vcを出力する可変電源部4mと、電流制御信号Sicを増幅して定電流Ip,Imを出力するFET5p,5mと、供給電圧+VcがFET5pのソースの電圧値よりも高くなるように可変電源部4pを制御する電圧制御部6pと、供給電圧-VcがFET5mのソースの電圧値よりも低くなるように可変電源部4mを制御する電圧制御部6mとを備え、電圧制御部6pは、FET5pのドレイン電圧がソース電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように可変電源部4pを制御し、電圧制御部6mは、FET5mのドレイン電圧がソース電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように可変電源部4mを制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極性の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、
入力されている正電圧の第１の電源電圧の電圧値を第１の電圧制御信号に従って可変して第１の供給電圧として出力する第１の可変電源部と、
前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第１の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記出力信号として負荷に出力する第１の半導体素子と、
前記第１の供給電圧の電圧値が前記第１の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の電圧制御部とを備えている信号出力装置であって、
前記第１の電圧制御部は、前記第１の半導体素子における前記第１の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第１の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する信号出力装置。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
負極性の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、
入力されている負電圧の第２の電源電圧の電圧値を第２の電圧制御信号に従って可変して第２の供給電圧として出力する第２の可変電源部と、
前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第２の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記出力信号として負荷に出力する第２の半導体素子と、
前記第２の供給電圧の電圧値が前記第２の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも低い電圧値となるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する第２の電圧制御部とを備えている信号出力装置であって、
前記第２の電圧制御部は、前記第２の半導体素子における前記第２の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第２の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する信号出力装置。
【請求項３】
正極性の出力信号および負極性の出力信号のうちのいずれか一方の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、
入力されている正電圧の第１の電源電圧の電圧値を第１の電圧制御信号に従って可変して第１の供給電圧として出力する第１の可変電源部と、
入力されている負電圧の第２の電源電圧の電圧値を第２の電圧制御信号に従って可変して第２の供給電圧として出力する第２の可変電源部と、
前記正極性の出力信号の信号値を規定する信号値制御信号が前記信号値制御部から出力されたときに作動して、前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第１の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記正極性の出力信号として負荷に出力する第１の半導体素子と、
前記負極性の出力信号の信号値を規定する信号値制御信号が前記信号値制御部から出力されたときに作動して、前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第２の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記負極性の出力信号として前記負荷に出力する第２の半導体素子と、
前記第１の供給電圧の電圧値が前記第１の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の電圧制御部と、
前記第２の供給電圧の電圧値が前記第２の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも低い電圧値となるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する第２の電圧制御部とを備え、
前記第１の電圧制御部は、前記第１の半導体素子における前記第１の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第１の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御し、
前記第２の電圧制御部は、前記第２の半導体素子における前記第２の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第２の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する信号出力装置。
【請求項４】
前記第１の電圧制御部は、前記第１の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第１の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の差動増幅回路と、前記第１の半導体素子の前記電流入力端子と前記第１の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項１記載の信号出力装置。
【請求項５】
前記第１の電圧制御部は、前記第１の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第１の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の差動増幅回路と、前記第１の半導体素子の前記電流入力端子と前記第１の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項３記載の信号出力装置。
【請求項６】
前記第２の電圧制御部は、前記第２の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第２の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第２の可変電源部を制御する第２の差動増幅回路と、前記第２の半導体素子の前記電流入力端子と前記第２の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項２記載の信号出力装置。
【請求項７】
前記第２の電圧制御部は、前記第２の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第２の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第２の可変電源部を制御する第２の差動増幅回路と、前記第２の半導体素子の前記電流入力端子と前記第２の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項３記載の信号出力装置。
【請求項８】
前記電圧規定回路は、ダイオードで構成されている請求項４から７のいずれかに記載の信号出力装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれかに記載の信号出力装置と、前記負荷としての測定対象に前記出力信号を供給すると共に当該測定対象の両端に発生する電圧と当該負荷を流れる当出力信号の電流値とに基づいて当該測定対象の抵抗値を測定する測定部とを備えている抵抗測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極性の出力信号および負極性の出力信号のうちのいずれか一方の出力信号を負荷に出力可能に構成された信号出力装置、およびそのような信号出力装置を備えて測定対象の抵抗値を測定可能な抵抗測定装置に関するものである。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
この種の信号出力装置として、下記の特許文献に開示された電流出力装置（以下、「電流出力装置１Ｘ」ともいう）が知られている。図７に示すように、この電流出力装置１Ｘは、差動増幅器ＯＰＸ、トランジスタＴＲＸ（半導体素子）、ＦＥＴ２Ｘ、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｓ１および電圧制御部ＶＣＸを備えて構成されている。
【０００３】
この電流出力装置１Ｘでは、差動増幅器ＯＰＸが、外部から非反転入力端子に入力された入力信号Ｖｓの電圧値と反転入力端子に入力されるフィードバック電圧Ｖｆとの差分信号をトランジスタＴＲＸのベースに出力する。また、トランジスタＴＲＸは、コレクタに入力される降圧された電圧Ｖｃを用いて差分信号を増幅し、外部負荷ＲＬに定電流の負荷電流ＩＬを出力する。この結果、トランジスタＴＲＸのエミッタの電圧は負荷電圧ＶＬとなる。この際に、電圧制御部ＶＣＸが、電源から供給される電源電圧Ｖｄｄを降圧し、降圧した電圧ＶｃとしてトランジスタＴＲＸのコレクタに出力する。また、抵抗Ｒａ，Ｒｂが、電圧制御部ＶＣＸから出力される降圧された電圧Ｖｃと、ＦＥＴ２Ｘから出力されるドレイン電流ＩＤとの両方に比例する基準電圧Ｖｒｅｆ（＝α×Ｖｃ＋β×ＩＤ）を生成して電圧制御部ＶＣＸに出力する。これにより、電圧制御部ＶＣＸは、基準電圧Ｖｒｅｆの値が一定に保持されるように、予め定められた最低電圧から電源電圧Ｖｄｄまでの範囲で降圧された電圧Ｖｃを制御する。
【０００４】
この場合、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅ（＝Ｖｃ－ＶＬ）が大きくなったときには、この電位差（Ｖｃ－ＶＬ）と大きさが等しいＦＥＴ２Ｘのゲート－ソース間電圧がＦＥＴ２Ｘのしきい値電圧Ｖｔｈを超えるとドレイン電流ＩＤが流れるため、基準電圧Ｖｒｅｆが大きくなる。
【０００５】
一方、電圧制御部ＶＣＸは、基準電圧Ｖｒｅｆの値が一定に保持されるように電圧Ｖｃを制御するため、ドレイン電流ＩＤが流れた際には、電圧Ｖｃを降圧する。これにより、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅ（Ｖｃ－ＶＬ）の上昇が抑制される。したがって、この電流出力装置１Ｘによれば、入力信号Ｖｓが大きく、かつ外部負荷ＲＬが小さい場合であっても、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅ（＝Ｖｃ－ＶＬ）の上昇が抑制されるため、（Ｖｃ－ＶＬ）×ＩＬで表されるトランジスタＴＲＸの消費電力の上昇が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６２５７５３６号公報（第５－１１頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記の電流出力装置１Ｘには、以下のような課題が存在する。具体的には、電流出力装置１Ｘでは、トランジスタＴＲＸの消費電力の上昇を抑制するために、電圧制御部ＶＣＸは、基準電圧Ｖｒｅｆの値が一定に保持されるように、予め定められた最低電圧から電源電圧Ｖｄｄまでの範囲で降圧された電圧Ｖｃの電圧値を制御している。一方、トランジスタＴＲＸの消費電力は、（Ｖｃ－ＶＬ）×ＩＬで表される。このため、たとえ基準電圧Ｖｒｅｆの値が一定に保持されたとしても、トランジスタＴＲＸの消費電力は、トランジスタＴＲＸのコレクタの電圧である降圧された電圧Ｖｃが上昇したときには、その上昇に応じて増加する。この場合、上記の電流出力装置１Ｘでは、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅ（＝Ｖｃ－ＶＬ）の上昇を抑制してはいるものの、負荷電流ＩＬの上昇に応じて、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅは依然として増加する。したがって、この電流出力装置１Ｘには、トランジスタＴＲＸの消費電力の増加に起因するトランジスタＴＲＸの発火や故障を防止するために、トランジスタＴＲＸとして定格損失の大きなトランジスタを使用したり、複数のトランジスタを並列接続したりして、かつ大きなヒートシンクを用いなければならず、装置の製造コストが上昇するという問題点がある。
【０００８】
また、トランジスタＴＲＸのコレクタに入力される降圧された電圧Ｖｃは、（基準電圧Ｖｒｅｆ／α－β／α×ＩＤ）で表される。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆは、一定の値で、α，βは、抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値で規定される一定の値となる。このため、降圧された電圧Ｖｃの電圧値は、ＦＥＴ２Ｘを流れるドレイン電流ＩＤの電流値や抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値で規定されることとなる。この場合、ＦＥＴ２Ｘのドレイン電流ＩＤの電流値は、ＦＥＴ２Ｘのゲート－ソース間電圧に応じて変化するが、たとえゲート－ソース間電圧が同じ電圧であったとしても、ＦＥＴ２Ｘの個々の特性に応じて大きく変化する。つまり、降圧された電圧Ｖｃの電圧値は、抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値や、ＦＥＴ２Ｘの個々の特性に応じて大きく変化することになる。このため、この電流出力装置１Ｘには、量産時において、各電流出力装置１Ｘにおける消費電力を同様に少なく揃えようとした場合に、抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値や各ＦＥＴ２Ｘの特性を同じように揃えることが非常に煩雑であり、装置の製造コストが上昇しているという問題点がある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストの上昇を抑制し得る信号出力装置、およびそのような信号出力装置を備えて負荷として接続されている測定対象の抵抗値を測定する抵抗測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、本発明に係る信号出力装置は、正極性の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、入力されている正電圧の第１の電源電圧の電圧値を第１の電圧制御信号に従って可変して第１の供給電圧として出力する第１の可変電源部と、前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第１の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記出力信号として負荷に出力する第１の半導体素子と、前記第１の供給電圧の電圧値が前記第１の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の電圧制御部とを備えている信号出力装置であって、前記第１の電圧制御部は、前記第１の半導体素子における前記第１の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第１の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する。
（【００１１】以降は省略されています）

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